甘琤 李虎 李霞 馬照瑞

摘 要：學(xué)校的發(fā)展，離不開對校情的充分把握。而校情統(tǒng)計分析平臺，正越來越多地在決策支持、教學(xué)質(zhì)量監(jiān)督、業(yè)務(wù)支撐等方面發(fā)揮著重要的作用。本文以鄭州輕工業(yè)學(xué)院校情統(tǒng)計分析平臺為例，給出了校情統(tǒng)計分析平臺的建設(shè)思路、技術(shù)可行性、設(shè)計與實現(xiàn)方法。最后總結(jié)，此平臺運行一段時間后，在助力學(xué)校發(fā)展方面取得的成果，并進行了展望。

關(guān)鍵詞：數(shù)字校園；智慧校園；校情；統(tǒng)計分析；BIEE；ROLAP

中圖分類號：TP315 文獻標志碼：A 文章編號：1673-8454（2016）03-0079-04

一、前言

隨著高校數(shù)字化校園建設(shè)的廣泛推廣，學(xué)校各類信息系統(tǒng)都積累了一定規(guī)模的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，涉及教學(xué)、科研、管理、后勤等各個方面。在系統(tǒng)集成技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、大數(shù)據(jù)處理技術(shù)日趨成熟的背景下，建設(shè)數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)，對高校各類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析挖掘，有助于提高教學(xué)質(zhì)量、提升管理水平、促進管理決策科學(xué)化。在《大數(shù)據(jù)視角下高校綜合信息分析平臺的構(gòu)建》[1]一文中作者提出了基于大數(shù)據(jù)環(huán)境高校綜合信息分析平臺建設(shè)的框架，但并未對所提框架的結(jié)構(gòu)和功能進行詳細論述。在《大數(shù)據(jù)時代的高校信息化框架》[2]一文中，作者較為詳細地描述了大數(shù)據(jù)時代高校信息化建設(shè)框架，但并未提出可行的實施方案。本文以智慧校園建設(shè)為出發(fā)點，利用數(shù)據(jù)挖掘、大數(shù)據(jù)處理等技術(shù)，對學(xué)校的教學(xué)、管理、科研、后勤等信息系統(tǒng)進行整合，不僅提出校情統(tǒng)計分析平臺的框架及建設(shè)思路，并給出了模型設(shè)計和實施方案。平臺于2013年開始調(diào)研，2014年8月開始建設(shè)，截至目前已完成第一期建設(shè)。

二、校情平臺建設(shè)思路

智慧校園以數(shù)字校園為基礎(chǔ)，追求資源與應(yīng)用的高度整合，強調(diào)為用戶提供個性化的服務(wù)，更多地體現(xiàn)服務(wù)的智能化和人性化。[3]校情平臺正好符合了智慧校園的理念。它可以利用充分融合好的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，為教職工和學(xué)生提供個性化統(tǒng)計報表，為教學(xué)提供動態(tài)的質(zhì)量監(jiān)督信息，為管理和決策提供支撐。

1.校情平臺的功能

根據(jù)統(tǒng)計學(xué)的信息、咨詢、監(jiān)督三種社會功能，可以制定 “信息綜合查詢”、“數(shù)據(jù)咨詢”、“業(yè)務(wù)監(jiān)督”三種職能作為校情平臺的建設(shè)目標。而根據(jù)學(xué)校實際應(yīng)用水平，可以分階段實現(xiàn)以上目標。

圖 1是根據(jù)總體發(fā)展要求設(shè)想的校情平臺系統(tǒng)原型。功能方面以教務(wù)、科研、學(xué)工、財務(wù)、人事、設(shè)備、后勤等業(yè)務(wù)歸口部門的年度報告和日常統(tǒng)計工作需求為基礎(chǔ)，向用戶提供在線報表、在線查詢統(tǒng)計兩種方式的功能。用戶角色考慮三個層次，分別是學(xué)校層面、院系層面和師生個人層面。

2.校情平臺規(guī)?？刂婆c技術(shù)標準

由于在數(shù)字校園建設(shè)過程中，已經(jīng)將各種管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲于各自的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫中，僅需考慮結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)對象，因此普通企業(yè)級關(guān)系型數(shù)據(jù)庫或集群即可滿足一期工程的存儲和檢索需求。但是，各種管理系統(tǒng)源自于不同的廠商，不同系統(tǒng)中數(shù)據(jù)差異較大，需在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標準基礎(chǔ)上開展集成。同時，考慮到校情平臺服務(wù)于不同管理階層和管理目標，數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析需求具有不確定性的因素。

因此，在數(shù)據(jù)抽取、清洗工具上需要考慮可靈活部署、數(shù)據(jù)格式兼容性強、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換能力強大的企業(yè)級工具；在聯(lián)機分析方面，需要以O(shè)LAP技術(shù)為主，向用戶提供所見即所得的在線工具，并對Excel、SPSS、SAS、STAT、R等統(tǒng)計分析軟件提供數(shù)據(jù)接口服務(wù)。

根據(jù)學(xué)校應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)標準，整個方案還需兼容JSR168標準[4]和Open SSO單點身份認證標準[5]，使用戶可通過學(xué)校門戶系統(tǒng)訪問到所需的查詢、統(tǒng)計功能。

三、基于OLAP數(shù)據(jù)服務(wù)的二次開發(fā)

校情平臺中所選用的BIEE系統(tǒng)是整個數(shù)據(jù)服務(wù)的核心提供者，也是二次開發(fā)的重點內(nèi)容。

如圖2所示，BIEE系統(tǒng)是一個典型的三層架構(gòu)，包括由各種外部數(shù)據(jù)源組成的Sources層、存儲OLAP邏輯信息的資料庫層（Repository，可通過OBI Admin工具訪問）、以及數(shù)據(jù)發(fā)布服務(wù)層（Presentation Services）。其中資料庫層和數(shù)據(jù)發(fā)布服務(wù)層均包含在BIEE系統(tǒng)內(nèi)。

1.BIEE環(huán)境下ROLAP的實現(xiàn)

數(shù)據(jù)庫聯(lián)機事務(wù)OLTP（Online Transaction Process）是在數(shù)據(jù)庫環(huán)境下處理應(yīng)用業(yè)務(wù)事務(wù)（Transaction）所執(zhí)行的一系列數(shù)據(jù)庫操作。OLAP（Online Analytical Processing，聯(lián)機分析處理）是在基于數(shù)據(jù)倉庫多維模型的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的面向分析的各類操作的集合。OLAP與OLTP的主要差別見表1。

OLAP分為MOLAP、ROLAP、HOLAP等類型，其中ROLAP是一種將OLAP操作轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)庫關(guān)系模型操作的OLAP實現(xiàn)技術(shù)，具有成本較低、性能較好的優(yōu)點，因此選用BIEE-ROLAP方案。

OLAP操作包括鉆取（Drill-down）、上卷（Roll-up）、切片（Slice）、切塊（Dice）以及旋轉(zhuǎn)（Pivot），建立在多維模型的理論基礎(chǔ)上。

關(guān)系模型操作包括數(shù)據(jù)創(chuàng)建（Create）、獲取（Retrieve）、更新（Update）、刪除（Deletion），建立在關(guān)系理論的基礎(chǔ)上。OLAP操作均是讀取操作，被映射到關(guān)系模型獲取操作的集合、投影、選擇、聚合等操作上。

兩個領(lǐng)域操作原語的轉(zhuǎn)義由BIEE完成。Oracle BIEE將轉(zhuǎn)義信息存儲在Repository中，分別包括數(shù)據(jù)資源的物理結(jié)構(gòu)（Physical）、面向多維分析的數(shù)據(jù)立方體信息以及面向業(yè)務(wù)的發(fā)布信息。

物理層（Physical Layer）包括待分析數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫位置、訪問方式、各數(shù)據(jù)庫中表結(jié)構(gòu)及其關(guān)聯(lián)關(guān)系，使BIEE能夠根據(jù)需要正確執(zhí)行相關(guān)關(guān)系操作。

在業(yè)務(wù)邏輯層（Business Layer）中，記錄了面向多維分析的數(shù)據(jù)立方體信息，包含多維模型的事實（Facts）、維度（Dimensions）信息與物理層各種數(shù)據(jù)表之間的映射關(guān)系。這些信息使BIEE能夠?qū)LAP操作正確地映射為關(guān)系操作。

在表現(xiàn)層（Presentation）中，存儲了開發(fā)人員在表現(xiàn)層建立的視圖模型（View Model）。按業(yè)務(wù)和用戶角色劃分數(shù)據(jù)立方體的訪問范圍，視圖模型是訪問者訪問數(shù)據(jù)立方體的“窗口”，通過視圖模型所訪問到的是一個受限數(shù)據(jù)立方體的子集范圍，也稱為“主題”。

在BIEE環(huán)境下OLAP查詢結(jié)果以圖、表和敘事板的形式給出，并可組織成豐富的圖文展現(xiàn)形式。開發(fā)人員可將OLAP查詢操作以Answers的形式保存在服務(wù)端，并提供更為通俗易懂的名稱，如“教職工職稱系列分布”，最終用戶只需直接訪問這些Answers就可得到相應(yīng)的結(jié)果。

BIEE還提供和數(shù)據(jù)儀表盤（Dashboard）功能，訪問者可在一個WEB頁面中得到多個Answers的數(shù)據(jù)，獲得更多的信息量。但因Dashboard組織在BIEE自有門戶系統(tǒng)中，無法直接集成到學(xué)校數(shù)字化校園門戶系統(tǒng)，因此不能使用BIEE的Dashboard功能。

2.校情平臺與學(xué)校門戶系統(tǒng)的集成

金致公司提供BIEE Answers的JSR168封裝插件，利用該插件以http代理的方式將Answers封裝成一個Portlet。通過該插件，可在學(xué)校門戶中實現(xiàn)校情門戶站點，在該站點中，將各種預(yù)先制作好的Answers以Portlet的形式集成在站點頁面中，形成圖形化的菜單，具有更好的訪問效果。圖3是門戶系統(tǒng)的集成效果。

四、校情平臺的設(shè)計與實現(xiàn)

1.方案設(shè)計

基于上述建設(shè)思路，校情平臺架構(gòu)采用分層架構(gòu)進行設(shè)計，共分為四層，分別是數(shù)據(jù)層、集成層、模型層、應(yīng)用層，如圖4所示。

數(shù)據(jù)層由各種管理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫或結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)文件構(gòu)成。

集成層以數(shù)據(jù)抽取清洗工具為主，按照我國現(xiàn)行的行業(yè)標準，對不同業(yè)務(wù)系統(tǒng)中的公共信息進行統(tǒng)一編碼、轉(zhuǎn)義，統(tǒng)一存儲在標準數(shù)據(jù)庫中，并在元數(shù)據(jù)庫中提供標準數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)說明。[6]集成后的數(shù)據(jù)按ROLAP模型組織成事實、維度、指標存儲在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中。同時，校情平臺對數(shù)據(jù)抽取集成的過程都進行了監(jiān)控和日記記錄，以備數(shù)據(jù)審計的需要。

在模型層，考慮到聯(lián)機分析引擎和報表引擎均需要提供相應(yīng)的模型數(shù)據(jù)才能正確運行，因此關(guān)于主題數(shù)據(jù)庫中的雪花模型和關(guān)系模型都詳實、規(guī)范地錄入到引擎中了。在Oracle BIEE中這些信息登記在Physical Model、Business Model和View Model中；在SAP BO中，這些信息登記在Universe。這些數(shù)據(jù)雖然來源于業(yè)務(wù)系統(tǒng)中的事務(wù)數(shù)據(jù)，但組織形式和使用目的已經(jīng)發(fā)生了變化，因此統(tǒng)一歸納在模型層之中。

應(yīng)用層構(gòu)建在模型層之上，主要是根據(jù)用戶的需要，通過各種工具軟件進行統(tǒng)計分析，并以圖表的方式呈現(xiàn)給用戶。分為三類情況：一是向用戶提供報表功能，滿足非IT人員直接獲取報表和分析結(jié)果的需求。二是通過在線OLAP系統(tǒng)，向業(yè)務(wù)專家提供查詢結(jié)果、交叉表和圖形等形式的自定義分析功能。三是專業(yè)數(shù)據(jù)分析人員可以通過Excel、SPSS等工具直接通過ODBC、JDBC接口訪問主題數(shù)據(jù)庫中的各類數(shù)據(jù)，進行更深層次的數(shù)據(jù)挖掘和分析工作。

2.軟硬件架構(gòu)實現(xiàn)

校情平臺軟件方面：①選用甲骨文公司所提供的解決方案構(gòu)造整個服務(wù)平臺，采用Oracle作為數(shù)據(jù)庫引擎，采用BIEE作為OLAP引擎，采用ODI負責(zé)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和清洗。②選用金智公司針對BIEE開發(fā)的JSR168插件，實現(xiàn)統(tǒng)一身份認證、單點登錄和門戶集成。

通過金智公司的插件可將BIEE中的Answers 封裝成學(xué)校門戶中的Portlet，再利用門戶的站點（Site）、門戶（Portal）、頁面（Page）和Portlet配置功能，可建立不同功能的數(shù)據(jù)服務(wù)站點，如圖5所示。

校情平臺硬件方面：使用三臺物理服務(wù)器組成ORACLE RAC集群，形成高可用高性能的中心數(shù)據(jù)庫。從學(xué)?，F(xiàn)有的FC SAN存儲中心劃分6T存儲空間，向中心數(shù)據(jù)庫提供2x8Gbps數(shù)據(jù)帶寬。使用四個虛擬服務(wù)器作為應(yīng)用服務(wù)器，其中兩臺運行ODI，一臺運行BIEE，另外一臺作為開發(fā)工作站，如圖6所示。

3.系統(tǒng)的擴展

考慮未來的發(fā)展需求，在校情平臺設(shè)計之初，已經(jīng)考慮到了未來在存儲、查詢和計算性能方面的擴展途徑。

（1）存儲和查詢性能的擴展

校情平臺的中心庫作為所有分析數(shù)據(jù)的存儲和SQL查詢提供者，存在潛在的容量和性能瓶頸。當(dāng)容量不能滿足需要時，可在存儲系統(tǒng)中劃分新的存儲空間，并以表空間的方式提供給數(shù)據(jù)庫。當(dāng)性能不能滿足需要時，可增加RAC節(jié)點數(shù)量，從而得到更大的處理性能和吞吐率。

（2）計算性能的擴展

由于校情平臺采用ROLAP方案，導(dǎo)致BIEE應(yīng)用服務(wù)器在運行時會在內(nèi)存中進行交叉、匯總計算。因此，在應(yīng)用服務(wù)器端有潛在的性能瓶頸。前期應(yīng)用規(guī)模不大時，瓶頸問題不明顯，使用一臺虛擬服務(wù)器運行BIEE服務(wù)即可；應(yīng)用增長到一定范圍時，只需增加服務(wù)器節(jié)點，即可解決瓶頸問題。這是由于JSR168封裝插件可令服務(wù)器間的訪問差異性被屏蔽，使整個系統(tǒng)仍然表現(xiàn)為一個整體。

五、建設(shè)成果與展望

學(xué)校于2014年8月開始建設(shè)校情平臺，到目前為止的建設(shè)成果為：按照方案設(shè)計完成了軟硬件系統(tǒng)的部署，并完成了數(shù)據(jù)集成、系統(tǒng)進程工作；完成了科研、教務(wù)、學(xué)生、設(shè)備、宿舍、一卡通、研究生等主要業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成，向?qū)W校各級管理層提供了10個方面的98個查詢服務(wù)。

校情平臺建設(shè)成果已經(jīng)初步顯現(xiàn)。通過學(xué)生招生、培養(yǎng)、就業(yè)數(shù)據(jù)的聯(lián)合分析，學(xué)校進行了2015年招生計劃調(diào)整，將原有報考率高、就業(yè)形勢明顯更好的四個專業(yè)調(diào)整為一本專業(yè)招生，對不好的一些專業(yè)進行了縮減、停招等調(diào)整；通過學(xué)生宿舍分配情況的統(tǒng)計分析，向?qū)W校提供下一學(xué)年各校區(qū)、宿舍區(qū)的新生容納能力，為學(xué)校招生安排、后勤保障提供支撐；學(xué)校在校情平臺的數(shù)據(jù)統(tǒng)計基礎(chǔ)上開展學(xué)科點建設(shè)管理，對各學(xué)科的學(xué)科點建設(shè)情況進行動態(tài)跟蹤，對各種指標進行橫向?qū)Ρ?、團隊內(nèi)對比，全面監(jiān)督各學(xué)科點建設(shè)任務(wù)推進情況。類似的工作還應(yīng)用在就業(yè)工作領(lǐng)域，通過就業(yè)數(shù)據(jù)的實時分析，全面對比學(xué)校各專業(yè)的就業(yè)工作進展，促進各二級院系扎扎實實推進畢業(yè)生就業(yè)工作。通過一期校情平臺的建設(shè)，學(xué)校各級管理部門已經(jīng)初步感受到了，在充分數(shù)據(jù)共享環(huán)境下，信息化對管理、決策帶來的強力支撐。目前學(xué)校正在開展全員工作量考核管理系統(tǒng)建設(shè)，其中工作量核算、分析、調(diào)整等功能將在校情分析平臺上實現(xiàn)。

如何能夠有效地關(guān)聯(lián)相關(guān)數(shù)據(jù)，找出數(shù)據(jù)之間內(nèi)在的聯(lián)系和知識是進一步發(fā)揮數(shù)據(jù)價值的主要途徑。隨著校情平臺的數(shù)據(jù)量增長，可以進一步利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對該平臺的結(jié)果進行關(guān)聯(lián)分析、序列模式分析、分類分析和聚類分析，將隱藏在教育數(shù)據(jù)集之中的知識，通過數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)榨取出。[7]這樣就不僅僅能夠提供各項統(tǒng)計數(shù)據(jù)，還能把影響數(shù)據(jù)指標的隱含因素挖掘出來，供決策者參考。

師生用戶始終是校園信息化服務(wù)的核心，圍繞“人”來建立數(shù)據(jù)收集和應(yīng)用機制，不僅能抓住重點有的放矢，又能簡單易行清晰完善。在下一步工作計劃中，我們將以師生為中心，進一步豐富主題模型，適應(yīng)更多的查詢統(tǒng)計需求；還將結(jié)合學(xué)校管理需求和統(tǒng)計事件，開發(fā)更多的查詢服務(wù)，開展挖掘分析工作。更重要的是通過這些服務(wù)工作讓職能部門感受到信息化所帶來的好處，促進各職能部門自覺、自主地開展信息化應(yīng)用，使信息化在高校發(fā)展、人才培養(yǎng)上起到更大的促進作用。

參考文獻：

[1]管廷昭，夏艷東.大數(shù)據(jù)視角下高校綜合信息分析平臺的構(gòu)建[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用， 2014（8）.

[2]羅軍鋒，徐菲.大數(shù)據(jù)時代的高校信息化框架[J].中國教育信息化（高教職教），2014（3）.

[3]宓詠，趙澤宇.大數(shù)據(jù)創(chuàng)新智慧校園服務(wù)[J].中國教育信息化（基礎(chǔ)教育），2013（24）.

[4]JCP.JSR-000168 portlet specification 1.0[EB/OL]. https：//www.jcp.org/en/jsr/detail？id=168，2003.

[5]The Open Group.Scope of the Single Sign-On Standard[EB/OL]. http：//www.opengroup.org/security/sso/.

[6]教育部關(guān)于發(fā)布《教育管理信息教育管理基礎(chǔ)代碼》等七個教育信息化行業(yè)標準的通知[EB/OL].http：//www.moe.edu.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/s5972/201203/133140.html.

[7]Shyamala K， Rajagopalan S P.Data Mining Model for a Better Higher Educational System[J].Information Technology Journal，2006，5（3）.

（編輯：王天鵬）